【正文】 、變換工序、 PSA制氫工序組成 工藝路線及產(chǎn)品規(guī)格 該制氫裝 置已天然氣為原料，采用干法脫硫、 壓力下的蒸汽轉(zhuǎn)化，一氧化碳中溫變換， PSA工藝制得產(chǎn)品氫氣。 工藝原理 本裝置采用干法脫硫來處理該原料氣中的硫份。為了脫除有機(jī)硫，采用鐵錳系轉(zhuǎn)化吸收型脫硫催化劑，并在原料氣中加入約 15%的氫，在約 400℃ 高溫下發(fā)生下述反應(yīng)： RSH+H2=H2S+RH H2S+MnO=MnS+H2O 經(jīng)鐵錳系脫硫劑初步轉(zhuǎn)化吸收后，剩余的硫化氫，再在采用的氧化鋅催化劑作用下發(fā)生下述脫硫反應(yīng)而被吸收： H2S+ZnO=ZnO+H2O C2H5SH+ZnS+C2H5+H2O 氧化鋅吸硫速度極快，因而脫硫沿氣體流動方向逐層進(jìn)行，最終硫被脫除至 以下，以滿足蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑對硫的要求。 原料天然氣和蒸汽在轉(zhuǎn)化爐管中的高溫催化劑上發(fā)生烴 —蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，主要反應(yīng)如下： CH4+H2O= CO+3H2Q (1) 一氧化碳產(chǎn)氫 CO+H2O=CO2+H2+Q (2) 前一反應(yīng)需大量吸熱，高溫有利于反應(yīng)進(jìn)行；后一反應(yīng)是微放熱反應(yīng)，高溫不利于反應(yīng)進(jìn)行。因此在轉(zhuǎn)化爐中反應(yīng)是不完全的。 在發(fā)生 上述反應(yīng)的同時(shí)還伴有一系列復(fù)雜的付反應(yīng)。包括烴類的熱裂解，催化裂解，水合，蒸汽裂解，脫氫，加氫，積碳，氧化等。 在轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，要使轉(zhuǎn)換率高，殘余甲烷少，氫純度高，反應(yīng)溫度要高，但要考慮設(shè)備承受能力和能耗，所以爐溫不宜太高。為緩和積碳，增加收率，要控制較大的水碳比。 ： CO+H2O=CO2+H2+Q 這是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，降低溫度和增加過量的水蒸氣，均有利于變換反應(yīng)向右側(cè)進(jìn)行，變換反應(yīng)如果不借助于催化劑，其速度是非常慢的，催化劑能大大加速其反應(yīng)速度。使最終CO 濃度降到低的 程度，且為生產(chǎn)過程中的廢熱利用創(chuàng)造了良好的條件 1 變壓吸附簡稱 PSA，是對氣體混合物進(jìn)行提純的工藝過程。該工藝是以多孔性固體物質(zhì)（吸附劑）內(nèi)部表面對氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，在兩種壓力狀態(tài)直接工作的可逆的物理吸附過程。它是根據(jù)混合氣體中雜質(zhì)組分在高壓下具有較大的吸附能力，在低壓下又有較小的吸附能力，而理想組分 H2 無論在高壓下還是在低壓下都具有較小的吸附能力的原理。在高壓下，增加雜質(zhì)分壓以便將其盡量多的吸附于吸附劑上，從而達(dá)到高的產(chǎn)品純度；吸附劑的解析或再生在低壓下進(jìn)行，盡量 減少吸附劑上雜質(zhì)的殘余量，以便在下個(gè)循環(huán)再次吸附雜質(zhì) 流程簡圖（附圖） 流程簡述 天然氣為原料， H2S 只有幾十 ppm 和少量的有機(jī)硫（ 2030ppm），因此采用流程為：在一個(gè)鈷鉬加氫器后串兩個(gè)氧化鋅脫硫槽。加熱主要是（原料天然氣達(dá)到脫硫反應(yīng)溫度350400℃ ）。設(shè)在一段爐對流段低溫蒸汽過熱蒸汽過熱器之后的一個(gè)原料預(yù)熱盤管組，利用煙氣余熱進(jìn)行加熱的。 來自界區(qū)的天然氣經(jīng)進(jìn)入原料氣分離器 (F1101)分離掉其中的液體，分為兩股，一股作為燃料氣與來自 PSA制氫工 序的尾氣在燃料氣分離器（ F1102）混合后去對流段余熱；一股作為原料天然氣，配入來自中溫變換后的氫氣，進(jìn)入原料氣壓縮機(jī) J1101，壓縮到 22Kg/cm2 左右，進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐對流段余熱盤管，預(yù)熱到 427℃ ，并用未預(yù)熱的副線調(diào)節(jié)到 350400℃ ，再送入加氫轉(zhuǎn)化器 D 1101 原料天然氣在加氫轉(zhuǎn)化器內(nèi)反應(yīng)后，串聯(lián)通過兩個(gè)氧化鋅脫硫槽 D1103A、 B中使天然氣的硫含量降低至 以下。這兩個(gè)槽任何一個(gè)都可以作為第一個(gè)槽，也可以只使用一個(gè)槽，另一個(gè)更換脫硫劑，經(jīng)過脫硫的氣體送入一段爐。 脫 硫后的天然氣配入中壓蒸汽，達(dá)到一定的水碳比（ 左右），進(jìn)入一段爐對流段的混合氣預(yù)熱盤管，加熱到 500℃ ，送到一段爐輻射段頂?shù)?9 根上集氣管。每根上集氣管又把氣體分配到 42 根轉(zhuǎn)化爐管中，共 378 根，內(nèi)裝催化劑。氣體在管內(nèi)邊吸熱邊反應(yīng)，到轉(zhuǎn)換管底的溫度達(dá)到 820℃ 。每一排橫豎 42 根爐管的氣體匯合于一根水平的下集氣管。下集氣管也是 9，各有一根上升管。反應(yīng)后的氣體沿 9 根上升管上升，繼續(xù)吸收一些熱量。 在一段爐對流段分別設(shè)置： 混合器預(yù)熱器 煙氣廢鍋 蒸汽過熱器 原料氣預(yù)熱器 鍋爐給水預(yù)熱器 燃料氣預(yù) 熱器 助燃空氣預(yù)熱器 充分回收煙氣熱量提高一段爐總的熱效率。 一段爐出口的轉(zhuǎn)化氣溫度約為 813℃ ，甲烷含量約 %（干基），經(jīng)輸氣管（ 107D）進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐（ 103D），二段轉(zhuǎn)化爐僅作為通道使用，在二段爐水夾套的作用下，一段轉(zhuǎn)化氣的溫度降低到約 789℃ ，在第一廢熱鍋爐（ 101CA/B）和第二廢熱鍋爐（ 102C）中回收熱量后，溫度降低至約 371℃ 去變化工序。 轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入高變爐（ D1102），高變爐中裝填了鐵系的高溫變換觸媒，在高溫變換觸媒中 2 發(fā)生變換反應(yīng)， 大部分一氧化碳與蒸汽反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，離開高溫變換爐的工藝氣中一氧化碳含量降低到約 %（干基）。為使變換反應(yīng)更接近平衡，高溫變換爐出口氣依次經(jīng)過高變換廢熱鍋爐（ 103C）和高變氣鍋爐給水預(yù)熱器（ 0108CM）回收熱量后，在約220230℃ 進(jìn)入裝有銅觸媒的小低變（ 104DB1）進(jìn)一步發(fā)生變換反應(yīng)，從小低變出來的變換氣經(jīng)過高變爐出氣鍋爐給水預(yù)熱器（ 106C）回收熱量后，進(jìn)入到低變爐（ 104DB）進(jìn)一步發(fā)生變換反應(yīng)，低低變換爐出口的一氧化碳含量降低到 %（干基），送往脫碳工序。 變壓吸附技術(shù)是以吸附劑（多孔固體物質(zhì)）內(nèi)部表面對氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，利用吸附劑在相同壓力下易吸附高沸點(diǎn)組份、不易吸附低沸點(diǎn)組份和高壓下吸附量增加（吸附組份）低壓下吸附量減小（解吸組份）的特性。將原料氣在壓力下通過吸附劑床層，相對于氫的高沸點(diǎn)雜質(zhì)組份被選擇性吸附，低沸點(diǎn)組份的氫不易吸附而通過吸附劑床層（作為產(chǎn)品輸出），達(dá)到氫和雜質(zhì)組份的分離。然后在減壓下解吸被吸附的雜質(zhì)組份使吸附劑獲得再生，已利于下一次再次進(jìn)行吸附分離雜質(zhì)。這種壓力下吸附雜質(zhì)提純氫氣、減壓下解吸雜質(zhì)使吸附劑再生的循環(huán)便是變壓吸 附過程。 多層變壓吸附的作用在于：保證在任何時(shí)刻都有相同數(shù)量的吸附床處于吸附狀態(tài)，使產(chǎn)品能連續(xù)穩(wěn)定地輸出；保證適當(dāng)?shù)木鶋捍螖?shù)，使產(chǎn)品有較高的提取率。 在變壓吸附過程中，吸附床內(nèi)吸附劑解吸時(shí)依靠降低雜質(zhì)分壓實(shí)現(xiàn)的，本裝置采用的方法是：常壓解吸 降低吸附床壓力（泄壓） 逆放解吸 沖洗解吸 圖 21 示意說明吸附床的吸附、解吸過程。 ，床內(nèi)雜質(zhì)吸附量為 Q1(A 點(diǎn) )。在此條件下用產(chǎn)品組份升壓到吸附壓力 P3，床內(nèi)雜質(zhì)吸附量 Q1 不變（ B點(diǎn)）。 吸附過程（ BC）：在恒定的吸附壓力下原料氣不斷進(jìn)入吸附床，同 時(shí)輸出產(chǎn)品組份。吸附床內(nèi)雜質(zhì)組份的吸附量逐步增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定吸附量 Q3（ C 點(diǎn)）時(shí)停止進(jìn)入原料氣，吸附終止。此時(shí)吸附床內(nèi)仍預(yù)留有一部分未吸附雜質(zhì)的吸附劑（如吸附劑全部吸附雜質(zhì)， 3 吸附量可為 Q4， C’ 點(diǎn)）。 順放過程（ CD）： 沿著進(jìn)入原料輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，流出的氣體仍為產(chǎn)品組份用于別的吸附床升壓或沖洗。在此過程中，隨床 經(jīng)過冷卻、分水后的中變氣進(jìn)入裝有吸附劑的吸附器，吸附除去氫氣以外的其它雜質(zhì)（ H2O\CO\CO2\CH4），使氣體得以凈化。 凈化后的 工業(yè)氫純度大于 %（ V/V），以恒定的流量和壓力通過氫氣壓縮機(jī)（ 110J）外送。供直接液化裝置。 吸附劑再生得到的尾氣，經(jīng)脫附氣緩沖罐 F7003，穩(wěn)定后經(jīng)過 PIC7007 多余的部分由PIC7005 放空進(jìn)火炬后，進(jìn)入螺桿壓縮機(jī) 0115J/JT 送轉(zhuǎn)化做燃料 6 工藝?yán)淠夯厥? 變換氣分離罐中分離下來的工藝?yán)淠航?jīng)工藝?yán)淠罕茫?109J/JA）加壓，與汽提后的工藝?yán)淠涸诠に嚻崂淠簱Q熱器（ 130CA/CB）中換熱后進(jìn)入工藝?yán)淠浩崴?103E）的頂部。汽提蒸汽自工藝?yán)淠浩崴撞窟M(jìn)入， 將工藝?yán)淠褐腥芙獾奈⒘堪?、二氧化碳和醇汽提出來，用作工藝蒸汽。汽提后的工藝?yán)淠航?jīng)過汽提冷凝液鍋爐給水換熱器（ 131C）進(jìn)一步回收熱量，并經(jīng)工藝?yán)淠核淦鳎?0105CM）冷卻后送出界區(qū)，開車或操作不正常時(shí)電導(dǎo)率超標(biāo)的工藝?yán)淠喝ノ鬯幚怼? 脫鹽水系統(tǒng) 溫度 40℃ 壓力 的脫鹽水從界區(qū)來，經(jīng)貧液鍋爐給水換熱器 1107C溫度升至 72℃ ，大約 40%經(jīng)汽提冷凝液鍋爐給水換熱器